【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 效壓力函數(shù)計(jì)算防抱死制動(dòng)時(shí)的滑移率。另外,在滑移率和附著系數(shù)之間的關(guān)系、汽車整車技術(shù)條件和試驗(yàn)方法方面也有獨(dú)到見解。濟(jì)南程軍電子科技公司以ABS 專家程軍為代表的濟(jì)南程軍電子科技公司對(duì)ABS 控制算法研究頗深,著有《汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的理論與實(shí)踐》等專著幾本,專門講述ABS 控制算法,是國(guó)內(nèi)ABS 開發(fā)人員的必備資料之一。另外,他們?cè)诨贛AT2LAB 仿真環(huán)境實(shí)現(xiàn)防抱死控制邏輯、基于VB 開發(fā)環(huán)境進(jìn)行車輛操縱仿真和車輛動(dòng)力學(xué)控制的模擬研究等方面也頗有研究。重慶聚能公司產(chǎn)品包括汽車、摩托車系列JN111FB 氣制動(dòng)電子式單通道、JN144FB 氣制動(dòng)電子式四通道和JN244FB 液壓電子式四通道等類型ABS 裝置及其相關(guān)零部件30 多個(gè)品種,其ABS 產(chǎn)品已通過國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心和國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心的認(rèn)定,獲得國(guó)家實(shí)用新技術(shù)專利,并正式被列為國(guó)家火炬項(xiàng)目計(jì)劃。西安博華公司主要產(chǎn)品是適用于大中型客車和貨車的氣壓四通道ABS 和適用中型面包車的液壓三通道ABS 及其相關(guān)零部件。其中BH1203 FB 型ABS 和BH1101 FB 型ABS 已通過陜西省科委科技成果鑒定和陜西省機(jī)械工業(yè)局新產(chǎn)品鑒定,認(rèn)為該項(xiàng)技術(shù)已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。山東重汽集團(tuán)引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行的研究也已取得了一些進(jìn)展。重慶公路研究所研制的適用于中型汽車的氣制動(dòng)FKX ACI 型ABS 裝置已通過國(guó)家級(jí)技術(shù)鑒定,但各種制動(dòng)情況的適應(yīng)性還有待提高。清華大學(xué)研制的適用于中型客車的氣制動(dòng)ABS由于資源價(jià)格和性能上的優(yōu)勢(shì),陶瓷材料的應(yīng)用將迅速擴(kuò)展。金剛石和CBN 超硬材料的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。新刀具材料的研制周期會(huì)越來越短,新品種新牌號(hào)的推出也將越來越快。人們所希望的既有高速鋼、硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和韌性,又有超硬材料的硬度和耐磨性的新刀具材料也完全有可能出現(xiàn)。第2章 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的基本原理 汽車制動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀況 制動(dòng)時(shí)車輪受力分析 汽車受到與行駛方向相反的外力時(shí)，才能從一定的速度制動(dòng)到較小車速或直到停車。這個(gè)外力只能山地面和空氣提供。但山于空氣阻力相對(duì)較小，所以實(shí)際上外力主要山地面提供的。與輪胎接觸的路面給相應(yīng)車輪提供廠地面制動(dòng)力。但是地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力。一個(gè)是制動(dòng)器內(nèi)制動(dòng)蹄摩擦片與制動(dòng)鼓間的摩擦力一一制動(dòng)器的制動(dòng)力，另一個(gè)是輪胎與路面間的摩擦力—附著力(地面制動(dòng)力)圖21為車輪在制動(dòng)時(shí)受力情況示意圖，地面制動(dòng)力可由下式確定式(1)中，F(xiàn)b地面制動(dòng)力(N )； M制動(dòng)器摩擦力矩(Nm)制動(dòng)器制動(dòng)力相當(dāng)于將汽車架離路面，并踩住制動(dòng)踏板，在輪胎周緣沿切線方向推動(dòng)車輪直至它能轉(zhuǎn)動(dòng)所需的力，可有(2)式確定 （2）式(2)中：Fμ制動(dòng)器制動(dòng)力(N)當(dāng)制動(dòng)踏板力較小，制動(dòng)器摩擦器力矩不大，路面與輪胎之間的摩擦力一一地面制動(dòng)力足以克服制動(dòng)器就等于制動(dòng)器動(dòng)力，且隨踏板的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，但地面制動(dòng)力是浴動(dòng)摩擦的約束反力，它的值不能超過附著力，即:式（3）、(4)中: Fφ地面附著力(N)。 G車輪上的垂直載荷(N)。 φ地面附著力系數(shù)(路面附著力與垂直載荷之比。汽車的地面制動(dòng)力首先取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，同時(shí)受地面附著條件的限制，當(dāng)路面能提供足夠高的附著力時(shí)，才能獲得足夠高的地面制動(dòng)力 車輪抱死時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)情況汽車在行駛過程中，會(huì)有各種不同的行駛狀況，制動(dòng)時(shí)也同樣。汽車在直線行駛時(shí)，制動(dòng)過程會(huì)出現(xiàn)幾種不同的運(yùn)動(dòng)情況：前輪抱死。由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一般情況下布置在前部，因而前部負(fù)荷大，所以汽車設(shè)計(jì)時(shí)，前后輪制動(dòng)力分配比例不同，這和前后輪驅(qū)動(dòng)力分配概念十分相似。如果制動(dòng)力分配給前輪的比較大時(shí)，汽車逐漸加強(qiáng)制動(dòng)后前輪首先抱死。抱死的前輪會(huì)失去側(cè)向力，而后輪沒有抱死，仍能產(chǎn)生充分的側(cè)向力。結(jié)果不論前輪轉(zhuǎn)到哪個(gè)方向汽車也不會(huì)轉(zhuǎn)向，一直向前運(yùn)動(dòng)直到汽車停車。假如此時(shí)汽車正在處于轉(zhuǎn)向過程中，汽車將會(huì)沿彎道切線方向沖出道路。這是一種比較理想的制動(dòng)情況。 后輪抱死。如果制動(dòng)力分配給后輪比較大時(shí)，汽車加強(qiáng)制動(dòng)，后輪首先抱死。這時(shí)失去側(cè)向力的是后輪，后輪將會(huì)產(chǎn)生橫向打滑，并使汽車?yán)@自身重心旋轉(zhuǎn)，一直到停車為止。我們?cè)陔娪昂碗娨晞≈谐Ｒ姷钠嚻疲褪抢眠@個(gè)道理。這種情況是不理想的。前后輪同時(shí)抱死。如果前后輪制動(dòng)力分配得非常巧妙的話，當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，前后輪將會(huì)同時(shí)出現(xiàn)抱死。這時(shí)，前后輪全都失去了側(cè)向力，無論哪個(gè)方向，汽車對(duì)地面的摩擦力都是相同的。所以在車輪抱死之后，汽車仍然會(huì)按車輪抱死前的運(yùn)動(dòng)路線繼續(xù)向前行駛。如果是在轉(zhuǎn)彎過程中，汽車的車頭仍然保持轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，但是汽車的重心是沿直線方向前進(jìn)，直到停止。 綜合以上所述，由于前后輪制動(dòng)力分配比例不同，在緊急制動(dòng)時(shí)，汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)大不相同。當(dāng)然在制動(dòng)時(shí)最好不要踩死制動(dòng)踏板，而應(yīng)調(diào)整踏動(dòng)制動(dòng)踏板的力度，使各個(gè)車輪不要抱死。然而一旦出現(xiàn)緊急狀況，不得不緊急制動(dòng)，上述現(xiàn)象仍然不可避免。我們比較一下以上三種制動(dòng)力分配比例哪一種比較安全。1．前后輪不抱死——汽車方向能夠操縱。由于車輪仍然處于滾動(dòng)狀態(tài)，仍能操縱汽車的行駛方向。所以在制動(dòng)過程中仍可躲避行駛前方的障礙物，在轉(zhuǎn)彎時(shí)仍然可以適當(dāng)?shù)刂苿?dòng)。現(xiàn)在汽車上裝備的ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)可以達(dá)到這個(gè)目的。2．前輪抱死——直線前進(jìn)，最終停車。由于是在彎道上，此時(shí)怎么轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤也無濟(jì)于事，汽車直線向前行駛，最后因制動(dòng)力作用使汽車停車。這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在前輪制動(dòng)力比較大的汽車上，也就是說，后輪不容易抱死的車輛上。3．前后輪同時(shí)抱死——維持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。前后輪同時(shí)抱死之后，汽車能維持原運(yùn)動(dòng)方向。在直線行駛時(shí)，前后輪同時(shí)抱死之后汽車仍維持直線前進(jìn)，最后停車。在轉(zhuǎn)彎過程中，前后輪抱死之后，汽車仍能保持原轉(zhuǎn)向方向并慢慢轉(zhuǎn)彎，但汽車重心的運(yùn)動(dòng)方向是直線前進(jìn)，直到停車。在停車前，方向盤不起作用。這時(shí)，汽車不會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，駕駛員和乘客在車上怎樣運(yùn)動(dòng)與汽車前進(jìn)方向無關(guān)。4．后輪抱死——汽車發(fā)生旋轉(zhuǎn)，直到停車。因?yàn)槭窃谵D(zhuǎn)向過程中，汽車發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象是極其危險(xiǎn)的。如果這個(gè)時(shí)候駕駛員慌慌張張地松開制動(dòng)踏板的話，車輪又會(huì)重新恢復(fù)側(cè)向力，汽車突然停止旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，開始直線行駛。但是那個(gè)時(shí)候的汽車行駛方向只有天知道 滑移率在制動(dòng)時(shí)，汽車的制動(dòng)距離與汽車受到的地面制動(dòng)力大小有關(guān)。當(dāng)制動(dòng)踏板力較小，且未達(dá)到某一極限值時(shí)，制動(dòng)器內(nèi)的摩擦力距不大，地面與輪胎間的摩擦力，即地面制動(dòng)力足以克服制動(dòng)器摩擦力距而迫使車輪滾動(dòng)。顯然車輪滾動(dòng)時(shí)的地面制動(dòng)力就等于制動(dòng)器制動(dòng)力，且隨踏板力的增長(zhǎng)成比例地增加。 由于地面制動(dòng)力是滑動(dòng)摩擦的束反力，它的最大值不能超過附著力，如設(shè)xb為地面制動(dòng)力， 即xb≤Z?或地面最大制動(dòng)力xbmax＝Z，其中z為汽車對(duì)地面的垂直載荷， 系數(shù)? 為路面附著系數(shù)。 設(shè)路面附著系數(shù)為一常數(shù)， 則當(dāng)制動(dòng)踏板力或制動(dòng)系壓力上升到某一值， 而地面制動(dòng)力xb達(dá)到最大值xbmax＝Z時(shí)， 車輪即抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象， 地面制動(dòng)力就不會(huì)再增加了。此時(shí)若想提高地面制動(dòng)力以期獲得更大的制動(dòng)效果，只有提高路面附著系數(shù)。 由此可見，汽車的地面制動(dòng)力首先取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，但同時(shí)又受地面附著條件的限制，所以，只有汽車具有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力，同時(shí)地面又能提供較高的附著系數(shù)時(shí)，才有可能獲得足夠的地面制動(dòng)力。 在實(shí)際制動(dòng)過程中， 路面附著系數(shù)?不是一個(gè)固定常數(shù)， 而是與車輪滑動(dòng)程度有關(guān)的變量。車輪的滑動(dòng)程度一般可用滑移率來表示，即 式中： s——滑移率； 　v——車輪中心的平移速度；　ω——車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；　r——設(shè)有地面制動(dòng)力時(shí)的車輪滾動(dòng)半徑。 滑移率和附著系數(shù)關(guān)系車輪滑移率的大小對(duì)車輪與地面間附著系數(shù)有很大影響。通過試驗(yàn)，附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系見圖22所示從圖22中可以看出：圖22 車輪滑移率 。一般來說，干燥路面附著系數(shù)大，潮濕路面附著系數(shù)小，冰雪路面附著系數(shù)更小。 ，附著系數(shù)都隨滑移率的變化而變化。各曲線的趨勢(shì)大致相同，只有積雪路面滑移率在靠近100％時(shí)會(huì)上升。圖23滑移率s和附著系數(shù)φ的關(guān)系為了方便說明附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系，以典型的干燥硬實(shí)路面上附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系進(jìn)行介紹，見圖23所示。圖中實(shí)線為制動(dòng)時(shí)縱向附著系數(shù)和車輪滑移率的一般關(guān)系，虛線為橫向附著系數(shù)和車輪滑移率的一般關(guān)系。同時(shí)給出車輪的橫向（側(cè)向）附著系數(shù)φy。橫向附著系數(shù)是研究汽車行駛穩(wěn)定性的重要參數(shù)之一。橫向附著系數(shù)越大，汽車制動(dòng)時(shí)方向穩(wěn)定性和保持轉(zhuǎn)向控制能力越強(qiáng)。從圖中可以看出，當(dāng)滑移率為零時(shí)，橫向附著系數(shù)最大；隨著滑移率的增加，橫向附著系數(shù)越來越小。當(dāng)車輪抱死時(shí)，橫向附著系數(shù)幾乎為零，此時(shí)導(dǎo)致橫向附著力幾乎為零，其危害是較大的，主要是：（1）方向穩(wěn)定性差。 （2）失去轉(zhuǎn)向控制能力 采用防抱死制動(dòng)的必要性1．直線行駛中的制動(dòng) 汽車直線行駛過程中，突然緊急制動(dòng)，汽車車輪一下子抱死，汽車仍然向前滑行，輪胎和地面之間發(fā)出嚇人的磨擦聲，汽車最后終于停了下來。在日常生活中，大家都可能遇到過這種現(xiàn)象。 如果汽車發(fā)生交通事故，交通警察來了之后，首先總是檢查一下汽車剎車痕跡，判斷司機(jī)在事故中是否采取了制動(dòng)措施。然后，再測(cè)量一下制動(dòng)距離，看一看該車制動(dòng)效果好不好。這反映了一般人的頭腦里，存在著一種根深蒂固的錯(cuò)誤概念，仿佛車輪不抱死，該汽車的制動(dòng)器就不好用似的。 這是不正確的。當(dāng)輪胎的滑動(dòng)率在10%20%時(shí)，輪胎和地面的摩擦力（附著力）最大。如果輪胎的滑動(dòng)率過大的話，附著力反而要降低。如果司機(jī)能控制輪胎的滑動(dòng)率，使其在制動(dòng)期間始終處于10%20%范圍之內(nèi)，汽車將在更短的制動(dòng)距離內(nèi)停車。 轉(zhuǎn)向時(shí)的制動(dòng) 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，如果汽車緊急制動(dòng)的話，和直線行駛一樣會(huì)出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象。由于車輪抱死，汽車的側(cè)向附著力變成了零，汽車輪胎出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)，汽車喪失了控制方向的能力，這是十分危險(xiǎn)的。汽車的側(cè)向附著力和制動(dòng)力之間的關(guān)系十分緊密。在不制動(dòng)的時(shí)候，輪胎前后方向的滑動(dòng)為零，這時(shí)車輪側(cè)向附著力最大。司機(jī)踏動(dòng)制動(dòng)踏板，隨著制動(dòng)力的加大，輪胎的滑動(dòng)率增加，側(cè)向附著力逐漸減速小。 最后，當(dāng)輪胎的滑動(dòng)率達(dá)到100%時(shí)，輪胎抱死。這樣汽車的側(cè)向附著力幾乎等于零。此時(shí)汽車正在轉(zhuǎn)彎中，輪胎開始出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)。 在車輪抱死之后，方向盤已經(jīng)不起作用了，汽車陷入了不能控制方向的困境，只有前輪抱死的汽車沿著直線前進(jìn)最后停車，只有后輪抱死的汽車發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象最后停車，如果前后輪都抱死的話，汽車一邊轉(zhuǎn)一邊沿直線前進(jìn)最后停車。 上述各種狀態(tài)是極其危險(xiǎn)的。為了避免發(fā)生這些現(xiàn)象，司機(jī)在踏動(dòng)制動(dòng)板時(shí)，必須謹(jǐn)慎從事。 最佳制動(dòng)系統(tǒng) 在前面兩部分里，介紹了在制動(dòng)過程中，如果始終能使輪胎的滑動(dòng)率處于10%20%范圍之內(nèi)的話，汽車將在最短的制動(dòng)距離內(nèi)停車并具有良好的控制方向的能力。 為了達(dá)到上述目的，要求司機(jī)在操作時(shí)應(yīng)十分精心，即踏動(dòng)制動(dòng)踏板使車輪抱死，然后在輪胎抱死的一瞬間放松制動(dòng)踏板，輪胎一旦開始轉(zhuǎn)動(dòng)再踏動(dòng)制動(dòng)踏板使車輪抱死，如此反復(fù)操作。在摩擦系數(shù)小的光滑路面上，司機(jī)在制動(dòng)時(shí)都很小心，唯恐使車輪抱死，但仍很難做到，原因是司機(jī)不知道車輪什么時(shí)候抱死了。 當(dāng)然，司機(jī)在駕駛室內(nèi)根本看不到車輪是否抱死，至于按一定輪胎滑動(dòng)率去操作制動(dòng)，那更不是凡人所能達(dá)到的境界了。 除此之外，汽車行駛的許多條件也都在變化之中，如道路的路面狀況時(shí)時(shí)刻刻都在變化，輪胎著地狀態(tài)也每時(shí)每刻各不一樣，前后輪胎的載荷分配更是如此。要完成上述制動(dòng)要求確實(shí)難上加難。當(dāng)然技術(shù)熟練的司機(jī)在某種程度上能根據(jù)各種條件合理地操作制動(dòng)，如采用點(diǎn)制動(dòng)?？墒且坏┯錾暇o急狀態(tài)，大多數(shù)人都是一腳踏死制動(dòng)踏板，使輪胎抱死為此。 上述司機(jī)做不到的許多事，利用傳感器就能辦到。將傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、判斷、變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所必需的信息，這部分工作對(duì)于電腦來說是很簡(jiǎn)單的，按照電腦的指令執(zhí)行操作，這在機(jī)械結(jié)構(gòu)上也不會(huì)有什么大問題。上述三者的結(jié)合體就是我們要介紹的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS） ABS的工作原理1．制動(dòng)壓力上升階段為了達(dá)到最佳制動(dòng)，當(dāng)車輪達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，需再次增加制動(dòng)壓力，電子控制單元使常開閥斷電開啟，常閉閥處于斷電狀態(tài)，見圖4所示。圖24常開閥開、常閉閥關(guān)，制動(dòng)壓力增大 2．制動(dòng)壓力保持階段當(dāng)被制動(dòng)的車輪趨于抱死時(shí)，車輪轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出車輪有抱死危險(xiǎn)的信號(hào)，電子控制單元向液壓控制單元發(fā)出“保持壓力”的指令，給常開閥通電使其斷開，常閉閥處于無電狀態(tài)仍保持關(guān)閉。制動(dòng)液通往輪缸的通道被切斷，在常開閥和常閉閥之間，制動(dòng)壓力保持不變，見圖25所示 圖25制動(dòng)壓力保持階段3．制動(dòng)壓力下降階段即使制動(dòng)壓力保持不變，如果車輪進(jìn)一步減速，仍出現(xiàn)車輪抱死趨勢(shì)，則必須降壓如圖26圖26常開閥關(guān)、常閉閥開，制動(dòng)壓力下降第3章 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式與組成 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式ABS系統(tǒng)中，能夠獨(dú)立進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的制動(dòng)管路稱為控制通道。如果對(duì)某車輪的制動(dòng)壓力可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，稱這種控制方式為獨(dú)立控制；如果對(duì)倆個(gè)或倆個(gè)以上車輪的制動(dòng)壓力一同進(jìn)行調(diào)節(jié)，則稱這種方式為一同控制。在倆個(gè)車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行一同控制時(shí)，如果以保證附著力較大的車輪不發(fā)生制動(dòng)抱死為原則進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，稱這種控制方式為按高選原則一同控制；如果以保證附著力較小的車輪不發(fā)生制動(dòng)抱死為原則進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，則稱這種控制方式為按低選原則一同控制。按照控制通道數(shù)目的不同，ABS系統(tǒng)分為四通道、三通道、雙通道和單通道四種形式，而布置形式多種多樣。 圖31 四通道一般三通道ABS是對(duì)兩前輪進(jìn)行獨(dú)立控制，兩后輪按低選原則進(jìn)行一同控制，因此有的稱之為混合控制。 圖32 三通道二通道式ABS通常稱為雙通道ABS。為了減少制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)部分裝置的數(shù)量，降低系統(tǒng)成本，也有采用雙通道ABS。 圖33 雙通道4．單通道